第八章+反求工程與創(chuàng)新設(shè)計

第八章反求工程與創(chuàng)新設(shè)計一、反求工程把別人的先進科技成果加以引進，消化吸收，改進提高，或進行創(chuàng)新設(shè)計，近而發(fā)展自己的新技術(shù)、開發(fā)新產(chǎn)品，是發(fā)展民族經(jīng)濟的捷徑。稱這一過程為反求工程。第一節(jié)反求設(shè)計概述二、反求工程的過程1、產(chǎn)品的引進過程2、引進技術(shù)的應(yīng)用過程3、引進技術(shù)的消化過程4、引進技術(shù)的反求過程反求設(shè)計是對已有的產(chǎn)品或技術(shù)進行分析研究，掌握其功能原理、零部件的設(shè)計參數(shù)、材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、關(guān)鍵技術(shù)等指標(biāo)，再根據(jù)現(xiàn)代設(shè)計理論與方法，對原產(chǎn)品進行仿造設(shè)計、改進設(shè)計或創(chuàng)新設(shè)計。三、反求設(shè)計1、仿造設(shè)計：完全按照引進產(chǎn)品進行設(shè)計，制造的產(chǎn)品與引入產(chǎn)品完全相同。一些技術(shù)力量和經(jīng)濟力量比較薄弱的廠家、且引進產(chǎn)品相對先進時，常常采用仿造設(shè)計的方法。反求設(shè)計一般有三種形式2、改進設(shè)計：在對原產(chǎn)品分析研究的基礎(chǔ)上，進行局部的改造性設(shè)計，其性能與特征基本上同原產(chǎn)品，但局部性能有所改善。我國的大部分廠家都采取了這種反求設(shè)計。3、創(chuàng)新設(shè)計：以原產(chǎn)品為基礎(chǔ)，充分運用創(chuàng)新的設(shè)計思維與創(chuàng)新技法，設(shè)計、制造出優(yōu)于原產(chǎn)品的新產(chǎn)品。反求工程中的創(chuàng)新設(shè)計是我國及其他發(fā)展中國家目前大力提倡的方法。創(chuàng)新有兩種方式:

第一種是從無到有。完全憑借基本知識、思維、靈感與豐富的經(jīng)驗。第二種是從有到新。借助已有的產(chǎn)品、圖樣、影像等已存在的可感觀的實物，創(chuàng)新出更先進、更完美的產(chǎn)品。反求設(shè)計就屬于第二種創(chuàng)新方式。四、反求設(shè)計是創(chuàng)新的重要方法五、反求設(shè)計與知識產(chǎn)權(quán)1、引入的產(chǎn)品要通過正當(dāng)途徑

購買專利、產(chǎn)品等。2、獲得一定程度的授權(quán)如購買產(chǎn)品后仿造、銷售會造成侵權(quán)3、保護自己通過反求設(shè)計后所獲得的成果第二節(jié)技術(shù)引進與反求設(shè)計

一、技術(shù)引進的基本原則1、待引進的技術(shù)項目首先要是國內(nèi)或本單位的急需關(guān)鍵技術(shù)2、待引進的技術(shù)必須是科技含量高的先進技術(shù)3、有技術(shù)和經(jīng)濟實力，能把引進的技術(shù)產(chǎn)品化4、引進技術(shù)轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品要能產(chǎn)生良好的社會經(jīng)濟效益二、引進技術(shù)的模式引進技術(shù)的模式一般有兩種：即產(chǎn)品引進和技術(shù)資料的引進。技術(shù)引進（軟件引進）產(chǎn)品引進（硬件引進）

引進整機引進部件引進零件生產(chǎn)圖樣專利文獻

產(chǎn)品說明書

三、技術(shù)引進與反求設(shè)計1、引進設(shè)備直接為生產(chǎn)服務(wù)2、引進產(chǎn)品與仿造3、引進產(chǎn)品與改進4、引進產(chǎn)品與創(chuàng)新設(shè)計四、反求設(shè)計的共性問題

1、探索原產(chǎn)品的設(shè)計思想2、探索原產(chǎn)品的原理方案設(shè)計3、研究產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計4、對產(chǎn)品的零件公差與配合公差進行分析5、對產(chǎn)品中零件的材料進行分析6、對產(chǎn)品的工作性能進行分析7、對產(chǎn)品的造型進行分析8、產(chǎn)品的維護與管理第三節(jié)已知機械設(shè)備的反求設(shè)計

1、具有形象直觀的實物，有利于形象思維。2、可對產(chǎn)品或設(shè)備的性能、材料等項內(nèi)容直接進行測試與分析，能獲得詳細(xì)的設(shè)計資料。3、可對產(chǎn)品或設(shè)備的尺寸直接進行測量與分析，能夠獲得非常重要的尺寸設(shè)計資料。一、機械設(shè)備反求設(shè)計的特點4、反求目的是反求仿制時，縮短了設(shè)計周期，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)起點與速度。5、仿制產(chǎn)品與引進產(chǎn)品有可比性，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。6、在仿制的基礎(chǔ)上加以改進和創(chuàng)新，為開發(fā)新產(chǎn)品提供了有利條件二、機械設(shè)備反求設(shè)計的一般過程

引進技術(shù)功能分析與測試原理方案分析

設(shè)備分解

零件測繪

繪制草圖設(shè)計方案的反求裝配工藝反求機械功能的反求

制造工藝的反求尺寸、公差、材料反求

反求設(shè)計

制造樣機樣機實驗

評價三、功能反求一、功能分解及功能樹功能樹參見下圖功能：指機械產(chǎn)品具有的轉(zhuǎn)化能量、物料或信息的特性總功能子功能功能元子功能----關(guān)鍵功能（重點）輔助功能

總功能子功能1子功能2子功能3子功能j功能元2功能元n功能元1功能元1功能元2功能元n功能元1功能元2功能元n功能元1功能元2功能元n走紙輪走紙傳動機構(gòu)1、步進電機色帶色帶傳動機構(gòu)2、直流電機導(dǎo)軌4、打印頭繩索傳動機構(gòu)直流伺服電機針式打印機功能子功能1：由走紙機構(gòu)實現(xiàn)，由步進電機驅(qū)動的齒輪系統(tǒng)組成，其功能目標(biāo)為實現(xiàn)走紙運動。子功能2：由色帶機構(gòu)實現(xiàn)，由直流電機和齒輪擺桿系統(tǒng)組成，其功能目標(biāo)為實現(xiàn)色帶的往復(fù)移動，使色帶均勻消耗。針式打印機功能介紹子功能3：由字車機構(gòu)實現(xiàn)，帶有編碼器的直流伺服電機和鋼絲繩輪在導(dǎo)軌上拖動字車，其功能目標(biāo)為實現(xiàn)字車的往復(fù)移動。子功能4：由打印頭機構(gòu)實現(xiàn)，打印鋼針由安裝在螺旋管線圈內(nèi)的電磁鐵驅(qū)動，其功能目標(biāo)為實現(xiàn)打印剛針的往復(fù)移動。子功能5：各子功能的協(xié)調(diào)工作由控制系統(tǒng)完成。各不同作用的子功能在微機的指令下協(xié)調(diào)工作，完成文字或圖形的打印。走紙運動子功能1色帶運動子功能2字車運動子功能3鋼針運動子功能4控制系統(tǒng)子功能5紙厚調(diào)整子功能7紙寬調(diào)整子功能6指示系統(tǒng)子功能8打印總功能步進電機直流電機直流伺服電機電磁鐵繩索傳動功能元驅(qū)動功能元齒輪傳動功能元驅(qū)動功能元帶傳動功能元齒輪傳動功能元驅(qū)動功能元

功能元的求解是功能分析與設(shè)計的重點和難點，也是反求設(shè)計中的創(chuàng)新突破點。

對于機械產(chǎn)品而言，其功能元一般由動力功能元、傳動功能元、工作功能元、控制功能元和輔助功能元組成。可按各功能元所具有的作用和功能目標(biāo)分別求解。功能元的求解按原動機轉(zhuǎn)換能量的方式可分為三大類。

第一類有三相交流異步電動機、單相交流異步電動機、直流電動機、步進電動機、伺服電動機等，它們都是把電能轉(zhuǎn)化為機械能的機器。第二類有柴油機、汽油機、蒸汽機、燃汽輪機原子能發(fā)動機等，它們都是通過燃煤、油、鈾獲得熱能再轉(zhuǎn)化為機械能的機器。

（1）動力功能元：為系統(tǒng)提供工作動力第三類有水輪機、風(fēng)力機、潮汐發(fā)動機、地?zé)岚l(fā)動機、太陽能發(fā)動機等，它們都是把自然力轉(zhuǎn)化為機械能的機器

彈簧力、重力、電磁力、記憶合金的熱變形力都可以提供驅(qū)動力，但已不屬于原動機的范疇（3）工作功能元：工作功能元直接完成某項工作，可從工作執(zhí)行機構(gòu)目錄中選擇。在功能分析與設(shè)計過程中。工作功能元的求解是創(chuàng)新的重點內(nèi)容。（2）傳動功能元：傳動功能元用于變換運動方式或變換速度，可從傳動機構(gòu)目錄中選擇。（4）控制功能元：機械設(shè)備中的控制方法很多，有機械控制、電氣控制、液壓控制、氣動控制及綜合控制。其中以電氣控制應(yīng)用最為廣泛。控制系統(tǒng)在機械中的作用越來越突出，傳統(tǒng)的手工操作正在被自動化的控制手段所代替，而且向智能化方向發(fā)展。

1、系統(tǒng)原理方案的形態(tài)學(xué)矩陣將求解后的功能元合理組合，可以得到多個系統(tǒng)原理方案解。各功能元的合理組合可通過形態(tài)學(xué)矩陣來實現(xiàn)。系統(tǒng)原理方案的形態(tài)學(xué)矩陣如下

四、系統(tǒng)原理方案的反求功能元求解功能元1234．．．n

F1F2F4F3．．．FnL11L12Ln2L21L31L41Ln1L22L42L32L13L23L33Ln3L43L14L1nL24L2nL34L3nL44L4nLn4Lnn．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．系統(tǒng)原理方案的形態(tài)學(xué)矩陣

從上表中每項功能元的解中取出一項進行組合，均可獲得一組系統(tǒng)解。設(shè)計人員可按指標(biāo)評價原則從中選出合理的解。為第i個方案中第j項的評價指標(biāo)。加權(quán)系數(shù)矩陣為：G=系統(tǒng)方案的評價方法設(shè)評價指標(biāo)矩陣為：

每個方案的總評價值的計算公式為：H=

總評價值H越大越好。例:如某機械產(chǎn)品有三種反求方案，即i=13。評價指標(biāo)采用10分制。其數(shù)值列于評價指標(biāo)矩陣中。，工藝性指標(biāo)為，機構(gòu)繁簡指標(biāo)為，經(jīng)濟性指標(biāo)為，壽命指標(biāo)為工作性能指標(biāo)為，動力性能指標(biāo)為，機械效率指標(biāo)為加權(quán)系數(shù)矩陣分別為：三種方案的評價總值分別為：

=6.9

=6.85

=8.7

第三種方案的評價總值最高，應(yīng)為最佳解。明確設(shè)計任務(wù)求解最佳方案求解總功能求解子功能求解功能元求解系統(tǒng)方案

黑箱法

功能樹

創(chuàng)新法

形態(tài)矩陣評價法則

.3、系統(tǒng)原理方案的反求設(shè)計功能分析與系統(tǒng)原理方案的反求設(shè)計過程

圖示的抽油機中，四桿機構(gòu)為工作執(zhí)行機構(gòu)功能元的求解與優(yōu)化將是抽油機創(chuàng)新的重要環(huán)節(jié)CBECBAD

連桿在一個運動循環(huán)中都受拉力，如果用柔性構(gòu)件代替原來的剛性構(gòu)件，取消油梁和驢頭，則可創(chuàng)新設(shè)計出如下所示的采用繩索滑輪式的無油梁抽油機。ECBA圖示為的無油梁式抽油機的結(jié)構(gòu)圖

由于改變了油梁式抽油機的工作執(zhí)行機構(gòu)的種類，也改變了該機械系統(tǒng)的原理方案。通過對比分析，可知這種無油梁式抽油機的原理方案是合理的。測繪之前，要對待反求的設(shè)備進行分解，以便進行尺寸測量、材質(zhì)分析。分解時要注意以下原則。五、機械設(shè)備的分解與裝配工藝的反求1、機械設(shè)備的分解原則

（1）遵循“能恢復(fù)原機”的原則進行拆機。也就是說，拆完后能按原樣裝配完畢。（2）遵循按“整機-部件-零件”分解原則進行拆機（3）分解的零、部件按機器的組成進行分類編號，并有專人保管（4）拆后不易復(fù)位的零件（如游標(biāo)、度盤等部件）、過盈配合的零件或有些特殊的組件可不進行分解。如圖所示的組合蝸輪中采用鑄鐵輪芯2和銅制蝸輪圈1之間的裝配，可不分解（5）分解過程中要有分解記錄2、裝配工藝的反求

六、制造工藝的反求正確分解過程的逆解，均可作為該類產(chǎn)品的裝配工藝過程。1、掌握典型零件的加工方法2、零件工藝反求的一般方法七、材料的反求

機械零件材料的選擇與熱處理方法直接影響到零件的強度、剛度、壽命、可靠性等指標(biāo)，材料的選擇是機械設(shè)計中的重要問題。1、材料的成份分析（1）火花鑒別法：（2）音質(zhì)判別法：根據(jù)敲擊材料聲音的清脆不同，判別材料的成份。鑄鐵音質(zhì)啞，鋼材的音質(zhì)脆、余音長。（3）原子發(fā)射光譜分析法：可通過幾毫克～幾十毫克的粉末對材料進行定量分析。（4）紅外光譜分析法：該方法多用于橡膠、塑料等非金屬材料的成份分析。（5）化學(xué)成份分析法：該方法是金屬材料的常用定量分析法?？筛鶕?jù)分析結(jié)果從有關(guān)手冊上查取材料的牌號。（6）微探針分析法：該方法是最近發(fā)展起來的材料表面成份的分析方法、利用電子探針、離子探針等儀器對材料的表面進行定性分析或定量分析。2、材料的組織結(jié)構(gòu)分析材料的組織結(jié)構(gòu)分析是指材料的宏觀組織結(jié)構(gòu)和微觀組織結(jié)構(gòu)。進行材料的宏觀組織結(jié)構(gòu)分析時，可用放大鏡觀察材料的晶粒大小、淬火硬層的分布、縮孔的缺陷等情況。利用顯微鏡可觀察材料的微觀組織結(jié)構(gòu)。3、材料的工藝分析材料的工藝分析是指材料的成型方法。鑄造、鍛壓、擠壓、燒結(jié)、焊接、機加工以及熱處理等是最常見的工藝。反求時，可根據(jù)對機械零件的分析情況進行反求處理。4、材料的硬度分析可通過硬度計測定材料的表面硬度，并根據(jù)硬度或表面處理的厚度判別材料的表面處理方法一般情況下，利用噴丸、滾壓等表面形變硬化手段形成的硬化層約為0.15～0.3mm。利用高頻感應(yīng)加熱淬火形成的硬化層約為0.2～1.5mm。利用滲碳淬火形成的硬化層約為0.8～1.5mm。利用氰化處理（碳氮共滲）形成的硬化層約為0.5～0.8mm。詳細(xì)情況可查閱有關(guān)手冊。八、公差的反求1、零、部件的測繪分析2、零件測繪的一般方法（1）選擇測量基準(zhǔn)機械零件有兩種尺寸。即表示零件基本形體相對位置的定位尺寸和表示零件基本形體大小的形狀尺寸，定位尺寸確定后才能確定形體尺寸。一般可選擇零件的底面、端面、中心線、軸線、或?qū)ΨQ面為尺寸測量基準(zhǔn)。

（2）關(guān)鍵零件的尺寸要進行多次測量，取其平均值為測量尺寸。（3）對配合尺寸、定位尺寸等功能性尺寸要測量到小數(shù)點后三位數(shù)字，沒有公差的非功能性尺寸，僅測量到小數(shù)點后一位數(shù)字即可。

（4）測量具有復(fù)雜形面的零件時（如汽輪機葉片、凸輪廓線等），要邊測量、邊畫放大圖，以檢查測量中出現(xiàn)的問題，及時修正測量結(jié)果。（5）有些不能直接測量到的尺寸，要根據(jù)產(chǎn)品性能、技術(shù)要求、工作范圍等條件，通過分析計算求出來。實測尺寸不等于原設(shè)計尺寸，需要從實測尺寸推論出原設(shè)計尺寸。假設(shè)所測的零件尺寸均為合格的尺寸，實測值一定是圖樣上規(guī)定的公差范圍內(nèi)的某一數(shù)值。即：實測值=基本尺寸制造誤差測量誤差

3、實測尺寸數(shù)據(jù)的處理4、基本尺寸與公差的處理對于一些重要的配合尺寸，還要把實測尺寸分解為基本尺寸和公差值。在確定基本尺寸時。首先判別是基孔制配合還是基軸制配合，基孔制配合的孔的上偏差為正值，下偏差為零。而基軸制配合軸的上偏差為零，下偏差為負(fù)值。IT/2基孔制基軸制假如實測尺寸為基本尺寸與公差中值之和，則孔或軸的基本尺寸應(yīng)滿足下面不等式：+EI-eies=0IT/2孔公差帶軸公差帶孔公差帶EI=0軸公差帶0基孔制：孔的基本尺寸

孔的實測尺寸軸的基本尺寸

孔的實測尺寸孔的實測值

基本尺寸

1/2孔公差（IT11級）

基軸制：軸的基本尺寸

軸的實測尺寸孔的基本尺寸

軸的實測尺寸基本尺寸

軸的實測值

1/2軸公差（IT11級）

在處理基本尺寸小數(shù)點后面兩位的尾數(shù)時，可按國際數(shù)字修約規(guī)則“四舍六入五單雙”的原則處理尾數(shù)。逢四則舍，逢六則進，遇五以保證偶數(shù)的原則決定舍進。5、配合公差的反求設(shè)計由前式可知：采用基孔制：孔的實測值

基本尺寸

1/2孔公差（IT11級）采用基軸制：基本尺寸

軸的實測值

1/2軸公差（IT11級）6、形位公差的反求設(shè)計根據(jù)實測結(jié)果選擇形位公差時，要注意以下原則。（1）確定同一要素上的形位公差時，形狀公差值應(yīng)小于位置公差值。要分清二者的關(guān)系。如要求兩平面平行時，其平面度公差值要小于平行度公差值。（4）形位公差值與表面粗糙度相適應(yīng)。粗糙度很大，一般無形位公差要求。（5）選擇形位公差時，要考慮到加工方法最后根據(jù)零件的功能、實測尺寸、加工方法，參照國家標(biāo)準(zhǔn)，選擇出合理的形位公差。（2）圓柱類零件的形狀公差值在一般情況下應(yīng)小于其尺寸公差值。（3）形位公差值與尺寸公差值相適應(yīng)。7、表面粗糙度的確定機械零件的表面粗糙度可用粗糙度儀較準(zhǔn)確的測量出來，再根據(jù)零件的功能、實測值、加工方法，參照國家標(biāo)準(zhǔn)，選擇出合理的表面粗糙度九、關(guān)鍵零件的反求設(shè)計與創(chuàng)新1、曲線類零件的反求2、曲面類零件的反求十、機構(gòu)系統(tǒng)原理方案的反求與創(chuàng)新進行機構(gòu)系統(tǒng)的反求時，要注意產(chǎn)品的設(shè)計策略反求。一般情況下，產(chǎn)品的反求設(shè)計策略有：

1、功能不變，降低成本。

2、增加功能，降低成本。

3、增加功能，成本不變。

4、減少功能、降低更多的成本。

5、增加功能，增加成本。第四節(jié)技術(shù)資料的反求設(shè)計一、技術(shù)資料反求設(shè)計的特點1、技術(shù)資料的反求設(shè)計具有抽象性2、技術(shù)資料反求設(shè)計具有高度的智力性3、技術(shù)資料反求設(shè)計具有高度的科學(xué)性4、技術(shù)資料反求設(shè)計具有很強的綜合性5、技術(shù)資料反求設(shè)計具有一定的創(chuàng)造性二、技術(shù)資料反求設(shè)計的一般過程1、引進技術(shù)資料進行反求設(shè)計必要性的論證2、引進技術(shù)資料進行反求設(shè)計成功的可能性論證3、分析原理方案的可行性、技術(shù)條件的合理性4、分析零、部件設(shè)計的正確性、可加工性。5、分析整機的操作、維修是否安全與方便。6、分析整機綜合性能的優(yōu)劣。三、產(chǎn)品圖樣的反求設(shè)計1、引入產(chǎn)品圖樣的目的2、設(shè)備圖樣的反求設(shè)計過程1）讀懂圖樣和技術(shù)要求。2）用國產(chǎn)材料代替原材料，選擇適當(dāng)?shù)墓に囘^程和熱處理方式，并據(jù)此進行強度計算等技術(shù)設(shè)計。3）按我國國家標(biāo)準(zhǔn)重新繪制生產(chǎn)圖樣和提出具體的技術(shù)要求。4）試制樣機并進行性能測試。5）投入批